ابداع روشی نوین برای شکل دادن به گرافین و ساخت اشیاء سه بعدی با آن

گرافین ماده ای نوین برای دانشمندان و مهندسانی محسوب می شود که به دنبال ایجاد دستگاه های الکترونیکی با اشکال مختلف هستند؛ از لامپ های مقرون به صرفه (کوچک و بزرگ) گرفته تا پیل های خورشیدی، نمایشگرهای انعطاف پذیر و بسیاری دیگر، همه و همه مواردی هستند که می توان با استفاده از این ماده ساخت، به بیان دیگر گرافین یک معجزه چند منظوره است.

با این همه، در تمامی این موارد، گرافین در شکل اصلی اش، یعنی صفحات تخت با ضخامت یک اتم باید در کنار سازه ها و پشتیبان های جانبی مورد استفاده قرار گیرد زیرا به خودی خود فاقد شکلی منسجم است.

حالا، پژوهشگران دانشگاه النویس موفق به ابداع روشی برای ساخت اشیاء سه بعدی با استفاده گرافین شده اند که احتمال تولید طیف گسترده ای از دستگاه های الکترونیکی مبتکرانه را فراهم می سازد.

در ادامه این مطلب با دیجیاتو همراه باشید.

این پژوهشگران، برای ایجاد اشکال سه بعدی از گرافین، نخست باید مطمئن شوند که رویکردشان برای حفظ یکپارچگی ساختاری این ماده در زمانی که تغییر شکل می یابد، صحیح و مناسب است.

به همین خاطر، این تیم، یک نوار گرافینی را که برای منعطف شدن در داخل حلال خیس خورده بود،  روی نوعی شکل دهنده و یا قالب قرار دادند.

زمانی که گرافین روی این شکل دهنده قرار داده شد، ماده حلال به مرور زمان تبخیر گشته و در نهایت لایه ای از گرافین را از خود بر جای گذاشت که شکل آن را به خود گرفته بود. تیم پژوهشگران النویس با این کار، موفق شدند طیف گسترده ای از اشکال را با استفاده از گرافین بسازند.

قرار گرفتن گرافین روی سطوح سه بعدی

SungWoo Nam استادیار رشته مهندسی مکانیک دانشگاه النویس در این رابطه گفت: «تا جایی که ما می دانیم، این نخستین پژوهشی است که با هدف نشان دادن انعطاف پذیری گرافین و ایجاد اشکال مختلفی چون هرم، استوانه، کره، هرم های وارونه و یک پارچه سازی نانو ذرات طلا با استفاده از آن انجام می شود.

او در ادامه گفت: ما گام های مختلف این آزمایش شامل تورم و کوچک شدن گرافین را با احتیاط کامل دنبال نمودیم تا مدت زمان تعلیق گرافین حول میکرو سازه های شکل دهنده را به حداقل برسانیم و فرایند یکپارچه سازی سه بعدی را با موفقیت انجام دهیم.

وی ادامه داد: ما میزان تورم لایه گرافین را با تنظیم نمودن مدت زمان خیس خوردن آن در حلال اورگانیک و همچنین نرخ مونومر و polydimethylsiloxane ترکیب شده تحت کنترل قرار دادیم.

ابعاد میکرو سازه های گرافینی ساخته شده توسط دانشگاه النویس از 3.5 تا 50 میکرومتر متغیر است و از این لحاظ می توان آنها را در میانه دستگاه های الکترونیکی قرار داد که تشخیص دهنده های عکس (Photodector)، آنتن های نانو و دیگر قطعات الکترونیکی مینیاتوری را که زمانی تنها از طریق سیلیکون قابل ساختن بودند را در بر می گیرد.

طبق اعلام این تیم، این عوامل به همراه خاصیت قابل حمل بودن و سازگار پذیری آن، بدان معنا خواهد بود که می توان گرافین را در حوزه های گسترده تری مورد استفاده قرار داد.

SungWoo Nam در ادامه صحبت های خود گفت: ما همچنین انتظار داریم که رویکرد تازه مان در یکپارچه سازی سه بعدی گرافین، ساخت دستگا ههای ترکیبی پیشرفته ای که مابین سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS) و مواد دوبعدی قرار دارند را نیز از این ساده تر کند.

لازم به یادآوی است که به خاطر شکننده بودن گرافین با قطر اتمی اش، روش های قبلی برای خم کردن یا ساخت اشکال پیچیده از طریق آن، به نتیجه نرسید و در بهترین موارد، به ساخت اشیائی نافرم منتهی شد.

پژوهشگران دانشگاه النویس، برای بررسی گرافین شکل گرفته از شیوه های مختلفی استفاده نمودند که از آن جمله می توان به کاربرد میکروسکوپ های الکترونی، میکروسکوپ های اتمی، طیف سنج رامان و اندازه گیری الکتریکی مقاومت استفاده نمودند تا تایید کنند که گرافین شکل و ثبات خود را پس از شکل گرفتن حفظ نموده است.

Jonghyun Choi یکی از فارغ التحصیلان حاضر در گروه تحقیقاتی Nam می گوید: این اشکال سه بعدی نتنها از موارد ساخته شده قبلی بزرگ تر هستند بلکه با انجام این آزمایش توانستیم یکپارچگی و ماهیت آسیب ناپذیر گرافین یکپارچه سازی شده با استفاده از قالب های سه بعدی را به اثبات برسانیم.